Energieniveau Übergänge?
Hallo,
1.)jedes Atom hat ja sein eigenes Energieniveauschema.
2.)Wenn E1, z.B. bei Wasserstoff bei 10,2 eV liegt, kann man das sehen?
3.)Wenn das nächst höhere Energieniveau 12,1 eV ist, was ist dann wenn ein Photon 1eV mitbringt, dann müsste es ja bei 11, 2 eV liegen, welches es nicht gibt? Oder haben die Photone immer solche bestimmte Größen?
Wenn die Fragen unverständlich sind, bitte nachfragen
Danke
2 Antworten
Hallo Timo45683,
Deine Energie- Beispiele ...
... bei Wasserstoff bei 10,2 eV liegt, ...das nächst höhere Energieniveau 12,1 eV ...
sind vor allem deshalb falsch, weil sie positiv sind. Die Energie des Elektrons im Atom muss negativ sein, jedenfalls unter dem Niveau des leeren Raums, wie bei einem Fußball, der in einer Mulde liegt.
Bei einem isolierten Wasserstoff- ähnlichen Ion ist
(1) Eₙ = −ER∙Z⁄𝑛² ≈ −13,6 eV∙Z⁄𝑛²,
wobei ER die RYDBERG- Energie heißt, Z die Kernladungszahl (= Anzahl der Protonen) und 𝑛 die Hauptquantenzahl.
zunächst einmal direkt zu Deinen Fragen:
- Jede Atomsorte hat in der Tat seinen eigenen Satz an Energieniveaus, weil erstens Z von Element zu Element variiert und natürlich auch die Zahl der Elektronen, die miteinander elektrisch und magnetisch wechselwirken.
- Indirekt kann man E₁ "sehen". Das Negative von E₁ ist die Ionisationsenergie ("wie kräftig muss ich treten, um den Fußball von ganz unten komplett aus der Mulde zu kicken?").
- Wie Du selbst sagst, Zwischenniveaus gibt es nicht. Ein Photon, dessen Energie nicht genau der Differenz zwischen zwei Energieniveaus entspricht, regt das Atom auch nicht an, sondern fliegt einfach weiter oder wird vielleicht in eine andere Richtung gestreut. Aber Gase sind nicht umsonst meist durchsichtig.
Oder haben die Photonen immer solche bestimmte Größen?
Photonen haben alle möglichen "Größen", sprich Energien und damit Frequenzen, besonders, wenn sie von einer heißen und damit weißglühenden Lichtquelle wie der Sonne stammen. Da sind meist auch passende bei.
Mechanisch gesehen ist die Anregung eines Atoms ein inelastischer Stoß. Das Photon ist dann weg, absorbiert. Es wird auch wieder emittiert werden, aber ohne bevorzugte Richtung, was zu Streuung und bei einem Transmissionsspektrum aus weißen Licht zu dunklen Linien führt, weshalb es auch Absorptionsspektrum heißt. Streuung tritt aber natürlich auch durch elastische Stöße auf.
Abb. 1: Absorptionsspektrum (oben) und Emissionsspektrum aus spektrallinien-1.pdf
Mehr und dauerhaftere Absorption im sichtbaren Bereich führt zu Farben.
Warum diskrete Niveaus?Dass es überhaupt diskrete Energieniveaus geben muss, stellte zuerst BOHR 1913 fest. Relativ kurz zuvor, 1911, hatte RUTHERFORD entdeckt, dass sich die positive Ladung und die meiste Masse in einem Kern konzentriert, der einen rund 10⁵ mal kleineren Radius hat als das Atom.
Damit war die Vorstellung vom Atom als Mini- Planetensystem geboren. Auch Planeten und periodische Kometen haben im Gravitationsfeld des Zentralsterns negative Gesamtenergie (ohne Ruheenergie mc², die aber sowieso "nicht mitspielt").
Allerdings wäre ein solches Atom ein HERTZscher Dipol, und durch elektromagnetische Wellen zunehmender Frequenz würden sie Energie verlieren, wodurch das Elektron spiralförmig in den Kern stürzen würde.*)
BOHR postulierte, dass auf den Bahnen mit genannten Energien nicht strahlen. Erklären konnte er das nicht. Das konnte 1924 DE BROGLIE mit der bahnbrechenden Hypothese, dass Elektronen – wie alle Teilchen – einen Wellencharakter haben.
SCHRÖDINGER schuf 1926 mit seiner Wellengleichung die Grundlage für das heutige Atommodell: Ein Elektron bildet im Atom stehende Wellen, sog. Orbitale.
Abb. 2: Zwei verschiedene Orbitale, dargestellt mit 'Electron Orbitals' (das ist übrigens räumlich). Die Farben stehen für Phasen.
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*) Tatsächlich geben einander umrundende Himmelskörper Gravitationsstrahlung ab; das führt in absehbarer Zeit nicht zum Sturz der Planeten in den Kern, weil die Strahlung viel zu schwach ist. Einander eng umrundende Neutronensterne und Schwarze Löcher kollidieren allerdings tatsächlich so.
Ich beantworte solche Fragen gern sehr ausführlich, um gleich das richtige Verständnis dieser Materie zu vermitteln.
Hallo,
1) Beim Wasserstoff ist das Energieniveau noch recht einfach zu berechnen, bei Mehrelektronensystemen wird das schwierig. Also ja, jedes Atom hat eigene Energieniveaus.
2) Was meinst du mit "kann man das sehen"?
Ob man das emittierte Photon dann sehen kann, also ob es im Bereich sichtbaren Lichts liegt?
Außerdem sind die Energien diskret, d.h. es gibt kein Niveau mit E=10,2eV, du brauchst allerdings 10,2eV, um von E1 auf E2 zu kommen, vielleicht meintest du das.
3) Wie kommst du auf 12,1?
Wenn das Photon nicht genügen Energie zur Anregung mitbringt, passiert nicht groß was. Natürlich, es wir vielleicht gestreut (Compton-Effekt) und hinterlässt einen Teil seines Impulses, aber sonst war es das auch.
Zur Anregung des Wasserstoffes braucht man erstmal:
Darunter passiert keine Anregung, Energie, die darüber hinaus noch übrig bleibt wird auch als gemäß des Impulses abgegeben und das Photon wird evtl. gestreut.
Das Atom bzw. Elektron hat keine Möglichkeit, Energien zu speichern. D.h. es ist nicht möglich, das Atom mit 14 Photonen mit je 1eV zu beschießen, um die gleiche Wirkung zu erreichen. Das geht nur "auf einmal".
Liebe Grüße
Danke, so ausführlich hätte es nicht sein müssen